V chemii je hrubý vzorec nejkompaktnějším písmem popisujícím chemickou sloučeninu nebo jednoduché tělo . Surové vzorce, například C 2 H 6 Opro ethanol , se používají v chemických rovnicích k popisu chemických reakcí . Mezilehlé notace mezi syrovými a částečně vyvinutými vzorci umožňují lepší čitelnost při zachování kompaktnosti, jako u etanolu je psaní C 2 H 5 OH. V surovém vzorci může být přítomno mnohem více informací než stechiometrie prvků ( oxidační číslo , zejména izotopové značení nebo částečné strukturní informace) a jsou spravovány pravidly vydanými Mezinárodní unií čisté a aplikované chemie (IUPAC).
Tento článek omezuje pojem hrubého vzorce na všechna vyjádření chemických vzorců napsaná online a nevykazující žádnou chemickou vazbu . Přítomnost chemických vazeb ve vzorci je popsána v článcích Rovinný strukturní vzorec , Strukturní vzorec a Reprezentace molekul .
Psaní surových vzorců, které nahradilo alchymistické spisy platné od středověku , je výsledkem několika etap.
V první fázi se v moderním psaní surových vzorcích je objev chemických prvků podle Antoine Lavoisier . Tento francouzský chemik tím, že ukázal, že všechna těla jsou tvořena prvky nebo principy , připravil cestu pro nový způsob myšlení o hmotě.
Druhou fází bylo vytvoření nové nomenklatury pro chemii. První chemici, kteří pochopili důležitost tohoto nového způsobu myšlení o chemických tělech, byli Joseph Black v roce 1784, Claude Louis Berthollet v roce 1785, Louis-Bernard Guyton-Morveau a Antoine-François Fourcroy v letech 1786 a 1787. S těmito třemi posledními, Lavoisier vyvinuli novou chemickou nomenklaturu v roce 1787, Metodu chemické nomenklatury . Původní názvy byly nahrazeny názvem používajícím chemické prvky (například verdigris se stal uhličitanem měďnatým , tamtéž str. 141) nebo se týkaly samotných radikálů ( dusičnanů , síranů , citrátů ) na základě chemických prvků prvků (například z jílového vitriolu se stal síran hlinitý, tamtéž 142).
Třetí etapou je přechod od nomenklatury k chemickým symbolům, jak je známe, H, C, O atd. Je to díky prvnímu analytikovi chemikovi Jönsovi Jacobovi Berzeliusovi v roce 1813 . Hrubé vzorce nebo empirické vzorce se liší od těch, které se používají, pouze tím, že čísla, která píšeme do indexu, napsal tento švédský chemik exponentem (CO 2 místo CO 2).
Psaní chemických vzorců nyní řídí IUPAC ve své publikaci Nomenklatura anorganické chemie (přezdívaná Červená kniha ). Rozlišují se empirické vzorce, molekulární vzorce, strukturní vzorce a adiční vzorce (viz níže). Určuje také pořadí, ve kterém jsou chemické prvky zapsány.
Různé typy vzorců jsou užitečné k doplnění zastoupení chemických látek nad rámec celkového složení. Prostý síry těleso například z empirického vzorce S, se skládá z molekul seskupení 8 atomů, která je dána molekulovým vzorcem S 8. Strukturní vzorce, jako Ca 3 (PO 4 ) 2u fosforečnanu vápenatého uveďte, jak jsou atomy organizovány v chemických druzích, na rozdíl od surového vzorce (Ca 3 P 2 O 8 v tomto příkladu).
Empirický vzorec tělesa je tvořen vzájemným srovnáním atomových symbolů s příslušnými indexy (celými čísly), které umožňují nejjednodušší psaní vzorce udávajícího chemické složení. Pořadí vzhledu symbolů je v abecedním pořadí , s výjimkou sloučenin obsahujících uhlík , u nichž jsou C a H uváděny jako první a druhý.
Struktura peroxidu vodíku, molekulární vzorec H 2 O 2 a empirický vzorec OH
Různé reprezentace benzenu surového vzorce C 6 H 6 : strukturní vzorec; dva topologické vzorce; kompaktní molekulární model
Strukturní vzorec ozonu, strukturní vzorec O 3
Tyto iontové pevné látky neobsahují molekuly, odlišné, ale ionty interagují elektrostaticky s mnoha sousedy. Jejich surové vzorce jsou pak dobře popsány empirickými vzorci. U všech těchto sloučenin chemický vzorec jednoduše odráží podíly atomů ve sloučenině. Nejprve se umístí kation a poté anion . Příklad: Na a Cl dávají NaCl.
Příklady:
U molekulárních sloučenin, které jsou látkami složenými z molekul oddělených od sebe, dávají molekulární vzorce na rozdíl od empirických vzorců definovaných výše skutečné složení molekuly. To je případ většiny sloučenin vyskytujících se v organické chemii a mnoha anorganických sloučenin . Tento vzorec lze také použít pro polymery , ale s indexem n určit , že počet jednotek je proměnlivý od jedné molekuly k druhé.
Molekulární vzorec udává počet atomů, které tvoří molekulu . Neposkytuje informace o uspořádání atomů, které jej tvoří. Surový vzorec tedy může v případě izomerů odpovídat několika různým molekulám .
Atomy, které tvoří molekulu, jsou označeny pomocí svých chemických symbolů . Jejich počet je určen jako index každého symbolu. Doporučené pořadí je abecední pořadí symbolů s jednou výjimkou: uhlík a vodík v organických produktech jsou vždy uvedeny nejprve a v tomto pořadí, poté následují další atomy v abecedním pořadí.
Propanu se skládá ze tří uhlíkových atomů (označený C) a osm atomů vodíku (označený H), má následující empirický vzorec: C 3 H 8.
Následující příklady ukazují rozdíl mezi molekulárním vzorcem a empirickým vzorcem.
Empirický vzorec pro ethylen je CH 2.
Empirický vzorec pro butan je C 2 H 5.
Anorganické sloučeninyEmpirický vzorec pro kyslíku O 2.
Empirický vzorec pro kalomel je HgCl.
Strukturní vzorec dimeru NO 2, Dusný tetroxid surového vzorce N 2 O 4.
Molekulární model ferrocenu, anorganické sloučeniny s molekulárním vzorcem (C 5 H 5 ) 2 Fe.
Strukturní vzorec poskytuje částečné nebo úplné informace o tom, jak jsou atomy molekuly spojeny a uspořádány v prostoru. V jednoduchých případech poskytuje vložený vzorec, který je pouze posloupností atomových symbolů (tedy surový vzorec), strukturální informace, které čtenáři umožňují dekódovat strukturní informace.
Například peroxidu vodíku s molekulárním vzorcem H 2 O 2 lze psát strukturním vzorcem HOOH, který označuje řetězec atomů: HOOH.
Jakmile je struktura sloučeniny složitější, je nutné zavést závorky, aby se předešlo nejednoznačnosti. IUPAC doporučuje sedm pravidel psaní, například:
Rhodiový komplex obsahující přemosťující ligandy (s předponou µ) empirického vzorce [{Rh (µ-Cl) (CO) 2 } 2 ]
Podle tříd vzorců je třeba použít několik pravidel. Například pořadí zápisu chemických prvků nedodržuje stejná pravidla pro binární sloučeniny nebo sloučeniny s centrálním atomem .
Pořadí vzhledu prvků v surovém vzorci řídí dva principy:
(V případě stejného prvního písmene je pořadí jako v příkladu B, Ba, Be.)
U druhého jmenovaného se jedná o elektronegativitu ve smyslu níže uvedené tabulky, a nikoli ve smyslu Mullikena , Paulinga atd.
Položky, které je třeba citovat jako první | Rn | Xe | Kr | Ar | narozený | Ahoj |
---|---|---|---|---|---|---|
Prvek, který bude citován jako další | Fr. | Čs | Rb | K. | N / A | Li |
atd. | Ra | Ba | Sr | To | Mg | Být |
Lr → Ac | Lu → La | Y | Sc | |||
Rf | Hf | Zr | Ti | |||
Db | Vaše | Pozn | PROTI | |||
Sg | Ž | Mo | Cr | |||
Bh | Re | Tc | Mn | |||
Hs | Kost | Ru | Fe | |||
Mt. | Ir | Rh | Spol | |||
Ds | Pt | Pd | Nebo | |||
Rg | Na | Ag | Cu | |||
Hg | CD | Zn | ||||
Tl | v | Ga | Al | B | ||
Pb | Sn | Ge | Ano | VS | ||
Poznamenejte si polohu H | Bi | Sb | Eso | P | NE | H |
Po | Vy | Se | S | Ó | ||
Na | Já | Br | Cl | F |
U binární sloučeniny je to pořadí elektronegativity ve smyslu výše uvedené tabulky. Musíte tedy napsat:
Tyto koordinační sloučeniny nebo sloučeniny centrálního atomu jsou zapsány počínaje centrální monitorovací atom ligandů abecedně podle symbolu nebo zkratka ligandu. Například :
Všimněte si, že v tomto posledním příkladu změna vzorce ethylendiaminového ligandu jeho zkratkou změní pořadí vzhledu ligandů ve vzorci.
Sloučeniny, jejichž atomy tvoří řetězec, jsou zapsány v (chemickém) pořadí řetězce. Například :
Tyto soli musí mít vzorec nebo symbol kationtu písemného předtím z aniontu . Pokud existuje několik kationů, je pořadí priorit abecední, stejné pro anionty. Například :
IUPAC neurčuje používání závorek a konzol.
Pod tímto názvem IUPAC seskupuje podvojné soli , hydráty atd. Voda je vždy psána jako poslední a různé soli musí být psány ve zvyšujícím se množství a ve stejném počtu v abecedním pořadí. Jednotlivé entity jsou odděleny bodem [alespoň v anglické nomenklatuře]. Pokud jsou tedy spojeny dvě soli SEL1 a SEL2, napište (SEL2) (SEL1) 3a ne (SEL1) 3 (SEL2). Například :
Izotopová modifikace je uvedena ve vzorcích. Jsou možné tři případy: případ atomu, případ konkrétně značené sloučeniny nebo selektivně značené sloučeniny.
Hmotnost nuklidu je zapsána horním indexem před odpovídající symbol. Například 2 H, 35 Cl.
Sloučenina je specificky označena, když je formálně přidána jediná izotopově substituovaná sloučenina k nemodifikované analogové sloučenině. [...] Izotop je označen v závorkách, případně s násobícím indexem. To je případ, kdy 20% CDCI 3 je přítomen v běžném CHCI 3 . například
Selektivně značenou sloučeninu lze považovat za směs specificky značených sloučenin. Představuje to předcházející vzorec symbolem nuklidu bez násobení indexu v závorkách. Například :
Některé markery poskytují informace o oxidačním čísle , stereochemii atd.
Oxidační číslo prvku ve vzorci může být indikována exponentem, napravo od symbolu, v římskými číslicemi (kromě čísla nula oxidačního označené 0). Pokud má stejný prvek více oxidačních čísel ve stejném vzorci, opakuje se, každý se svým oxidačním číslem. Například :
Radikál je atom nebo molekuly s jednou nebo více nepárové elektrony. Může, ale nemusí být účtováno. Nepárové elektrony jsou ve vzorci označeny exponentovým bodem.
Příklady:
Znamení optické rotace může být indikováno. Je umístěn v závorkách a vlnová délka v nm může být také označena jako dolní index vpravo. Tato volitelná informace je umístěna před vzorec.
Příklad:
Tyto excitované elektronické stavy jsou označeny hvězdičkou v horním indexu na pravé straně. Příklad NE *
V surových vzorcích mohou být přítomny strukturní deskriptory ( cis , trans atd.). Takové deskriptory jsou obvykle předpony kurzívou, oddělené od vzorce pomlčkou. Symbol µ se používá k označení přemosťujícího atomu . Příklady:
Tato poslední vzorec znamená, že dva komplexy Cr (NH 3 ) 5 jsou spojeny HO ligandem (atomem O).
Cis-platina, plán čtverečních komplex platiny se strukturním vzorcem cis - [PtCl 2 (NH 3 ) 2 ]
Platinový octahedral komplexu strukturního vzorce trans - [PtCl 4 (NH 3 ) 2 ]
Dvoujaderný komplex chrómu s překlenovací hydroxidu ligandu obecného vzorce [(H 3 N) 5 Cr (μ-OH), Cr (NH 3 ) 5 ]5+
Surový vzorec se stanoví elementární analýzou . Tato analýza byla po dlouhou dobu výsledkem titrací . Provádí se ve dvou fázích:
Sloučenina, jejíž hrubý vzorec má být stanoven, je mineralizována . Například, pokud je uhlovodík, je přesně známá hmotnost m této sloučeniny se spálí a transformován do CO 2a H 2 O. Produkty spalování procházejí koncentrovanou kyselinou sírovou, která fixuje vodu a ne CO 2.. Nárůst hmotnosti poskytuje informace o množství H 2 O, tedy H, ve studovaném vzorci. Potom produkty spalování poté probublávají přesně známým množstvím sody . Oxid uhličitý (což je kyselina ) v neutralizuje tak části. Zadní acidobazická dávkování v sody (s kyselinou chlorovodíkovou o známé koncentraci) udává množství CO 2produkt a tedy uhlík ve sloučenině. Taková analýza naznačuje, že v hmotnosti m sloučeniny jsou hmotnosti m H prvku vodíku a m C prvku uhlíku.
K odvození hrubého vzorce z empirického vzorce musíme buď:
První elementární analýzy z počátku XIX th století. Byly popsány velmi chytré metody pro stanovení elementárního složení těl, zejména organických. Tyto výsledky závisely na rozvoji znalostí v organické chemii, zejména ve znalostech přírodních produktů.
Étienne Henry tedy v práci z roku 1833 popisuje způsob, jakým provádí elementární analýzu organických sloučenin. Přesně zvážená hmota je zavedena do zařízení, které je pečlivě očištěno „ohněm“ různými sloučeninami, podle provedených analýz: oxid měďnatý, měď, skleněný prášek atd. Rozklad produkuje směs plynů, které musí být zpracovány a jejichž objem je oceněn s velkou přesností. Stanovení objemu je většinou přesnější než stanovení odpovídající hmotnosti. Například :
V současné době je elementární analýza sloučeniny svěřena specializovaným laboratořím. Fyzikálně-chemické metody (jako je atomová absorpční spektrometrie ) nahradily chemické titrace.
Publikace popisující syntézu nové sloučeniny se neobejde bez elementárního stanovení. Příliš velký rozdíl mezi experimentální elementární analýzou a analýzou vypočítanou z údajného hrubého vzorce naznačuje, že sloučenina není čistá, nebo že není správná. V obou případech nelze publikaci přijmout.